- •Лекция 13
- •Здесь t - шаг дискретизации, который связан с частотой Найквиста F формулой.
- •Значок « d » относится к дискретному фильтру, а значок « a »
- •Поэтому можно говорить только о приближенном совпадении частотных характеристик дискретного и аналогового фильтров.
- •На втором рисунке частота Найквиста в три раза больше, она
- •Поэтому условие (6) в полосе пропускания выполняется лучше, отсюда неплохое совпадения АЧХ дискретного
- •Однако, хорошее совпадение частотных характеристик дискретного и аналогового фильтров при малых частотах в
- •Красный цвет – АЧХ аналогового фильтра , синий цвет - АЧХ
- •Геометрические свойства билинейного преобразо
- •Для любой точки в левой полуплоскости комплексной
- •В дроби (16) числитель меньше знаменателя, поэтому дробь (16) меньше единицы. Отсюда получаем
- •Другими словами, точки мнимой оси комплексной
- •Далее вспоминаем, что условием устойчивости дискретного фильтра. Дискретный фильтр является устойчивым фильтром, если
- •Метод инвариантной импульсной характерист
- •Схему синтеза дискретного фильтра можно представить в следующем виде.
- •На самом деле, чтобы получить частотную характеристику Kd ( ) дискретного фильтра по
- •Здесь S(f) – спектр непрерывного сигнала, SD( f ) - спектр
- •Вспомним из прошлой лекции, как выражаются частотные характеристики аналогового и дискретного фильтров через
- •Если импульсную характеристику аналогового фильтра рассматривать как непрерывный сигнал, а импульсную характеристику дискретного
- •Частотные характеристики аналоговых фильтров, которые мы рассмотрели выше, были нормированы на единицу. Дальше
- •Формулы (25), (26) являются основными в методе
- •На следующем рисунке частота Найквиста выбрана в два раза большей 48 кГц .
- •Синтез нерекурсивных фильтров с использование
- •Поэтому передаточная функция нерекурсивного фильтра имеет следующий вид.
- •Кроме того, элементы импульсной характеристики h(n) совпадают с коэффициентами bn основного уравнения фильтра.
- •Таким образом, если мы имеем нерекурсивный фильтр порядка N, и нам известна импульсная
- •Увеличение порядка фильтра N означает увеличение электрических элементов в конструкции фильтра. Поэтому N
- •Метод окон является одним их таких методов синтеза нерекурсивных фильтров.
- •На рисунке показан график спектра.
- •Так как мы собираемся рассматривать действительные сигналы (импульсные характеристики), то спектр, как известно,
- •На рисунке показан график расширенного спектра.
- •Подставляем (35) в интеграл (32), интегрируем и получаем элементы дискретного сигнала
- •Для удобства мы положили множитель в (35) равным.
- •На следующем рисунке показаны значения усеченного сигнала.
- •Этот усеченный дискретный сигнал подставляем в ряд Фурье (32), который теперь является конечной
- •На горизонтальной оси выводится частота в единицах
- •Теперь нам надо связать дискретный сигнал с импульсной характеристикой фильтра, а спектр дискретного
- •Тогда частотная характеристика фильтра и спектр дискретного сигнала будут связаны соотношение.
- •Весовые функции, окна
- •Весовая функция прямоугольного окна имеет вид.
- •Это преобразование будем обозначать следующим символом.
- •Импульсная функция фильтра будет находится из нового ограниченного дискретного сигнала.
- •войства некоторых популярных весовых функци
- •Треугольное окно
- •Весовая функция треугольного окна
- •Спектр треугольного окна. Уровень бокового лепестка
- •Применим треугольное окно для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка.
- •Окно Бартлетта
- •w( n ) Bartlett
- •S( f ) Bartlett
- •Применим окно Бартлетта для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Ханна
- •w( n ) Hann
- •S( f ) Hann
- •Применим окно Ханна для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Хэмминга
- •w( n ) Hamming
- •S( f ) Hamming
- •Применим окно Хэмминга для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Блэкмена
- •w( n ) Blackman
- •S( f ) Blackman
- •Применим окно Блэкмена для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Кайзера
- •w( n ) Kaiser
- •S( f ) Kaiser
- •Применим окно Кайзера для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем
- •Окно Чебышева
- •w( n ) Chebyshev
- •S( f ) Chebyshev
- •Применим окно Чебышева для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем
w( n ) Kaiser
0.15 |
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
00 |
5 |
10 |
15 |
20 |
71
S( f ) Kaiser
0 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
1000 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
f/F |
|
|
|
Уровень бокового лепестка составляет –66 дБ. |
72 |
||
|
|
|
|
|
Применим окно Кайзера для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем рисунке для =9.
S( f ) Kaiser window
0 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
1200 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
|
|
|
f/F |
|
|
Окно Кайзера дает лучший результат чем окно Блэкмена, так |
|||||
уровень первого бокового лепестка в полосе задерживания равен |
|||||
–90.5 дБ. |
|
|
|
|
73 |
Окно Чебышева
Для окна Чебышева все боковые лепестки имеют одинаковый уровень, заданный при расчете окна. Отчеты весовой функции окна Чебышева рассчитываются путем вычисления обратного преобразования Фурье от его частотной характеристики, которая имеет вид.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos (n 1) arccos |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
W ( ) |
|
|
|
|
|
4F |
|
, |
|
|
ch((n -1)arch( )) |
|
|
||||||
|
|
|
(57) |
||||||
|
|
/ 20 |
) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
arch(10 |
|
|
|
|
|
|
|||
ch |
n -1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Здесь - степень подавления боковых лепестков в децибелах.
На рисунках показаны весовая функция окна Чебышева, и ее |
|
спектр для =-40дБ. |
74 |
|
w( n ) Chebyshev
0.15 |
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
00 |
5 |
10 |
15 |
20 |
75
S( f ) Chebyshev
0 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
800 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
f/F |
|
|
На рисунке видно, что все боковые лепестки имеют один |
||||
|
|
уровень –40 дБ. |
|
76 |
Применим окно Чебышева для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем рисунке для =− 40дБ.
S( f ) Chebyshev window
0 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
800 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
|
|
|
f/F |
|
|
Здесь уровень первого бокового лепестка в полосе задерживания |
|||||
равен –51.0 дБ |
|
|
|
|
77 |
